La maggior parte delle persone pensa ai sistemi a guida parallela come a quelli che si trovano nei robot cartesiani/a portale. Ma i sistemi ad azionamento parallelo possono anche essere visti come due o più motori lineari che lavorano in parallelo da un unico controller di azionamento. Ciò copre i robot cartesiani/in stile gantry oltre ad altre importanti aree di controllo del movimento, come i robot ad asse singolo ad alta e altissima precisione con risoluzione e precisione di posizione nell'intervallo da subnanometrico ad alto picometro. Questi sistemi rientrano in settori quali l'ottica e i microscopi, la produzione di semiconduttori, le macchine utensili, gli attuatori ad alta forza, le apparecchiature per prove sui materiali, i lavori di prelievo e posizionamento, le operazioni di assemblaggio, la movimentazione di macchine utensili e la saldatura ad arco. Tutto sommato, ci sono applicazioni sia nel mondo dei micron che in quello dei submicron.

Problemi di guida parallela
Il problema principale con tutti i sistemi a guida parallela è l'allineamento ortogonale: la capacità di mantenere l'asse parallelo quadrato. In sistemi azionati meccanicamente come vite, pignone e cremagliera, cinghia e catena, il problema principale è il vincolo del sistema meccanico da disallineamento o tolleranze sovrapposte. Nei sistemi ad azionamento diretto, esiste un ulteriore problema di errore sinusoidale introdotto a causa di errori di installazione e variazioni nei motori lineari.

La pratica più comune per superare questi problemi è pilotare e controllare ciascun lato del sistema parallelo in modo indipendente, ma sincronizzarli elettronicamente. Il costo di un tale sistema è elevato perché richiede il doppio dell'elettronica di azionamento e di rilevamento della posizione di un sistema a asse singolo. Aggiunge inoltre errori di sincronizzazione e tracciamento che possono ridurre le prestazioni del sistema.

Ciò che rende possibile il collegamento in parallelo dei motori ad albero lineare è un motore altamente reattivo. Il movimento dinamico generato da due motori identici ad albero lineare è lo stesso quando viene ricevuto lo stesso segnale di controllo.

Come con tutti i sistemi di azionamento parallelo, i motori ad albero lineare devono accoppiarsi fisicamente con un meccanismo che consenta all'asse di avere solo un movimento di un grado di libertà. Ciò fa sì che i motori ad alberi lineari paralleli agiscano come una singola unità per consentire il funzionamento con un singolo encoder e un singolo servoazionamento. Inoltre, poiché un motore ad albero lineare installato correttamente funziona senza contatto, non può introdurre alcun vincolo meccanico nel sistema.

Queste affermazioni sono vere per qualsiasi motore lineare senza contatto. I motori ad albero lineare differiscono dagli altri motori lineari senza contatto in diverse aree che consentono loro di funzionare bene in un'applicazione parallela.

Il design del motore ad albero lineare posiziona il magnete permanente al centro del campo elettromagnetico, rendendo il traferro non critico. La bobina circonda completamente il magnete, quindi l'effetto netto del campo magnetico è la forza. Ciò elimina virtualmente qualsiasi variazione di forza causata da una differenza nel traferro, sia per disallineamento che per differenze di lavorazione, semplificando l'allineamento e l'installazione del motore.

Tuttavia, l’errore sinusoidale, un grosso problema, potrebbe causare differenze di forza in qualsiasi motore lineare senza contatto.

I motori lineari, come i motori ad albero lineare, sono definiti motori sincroni. In effetti, la corrente viene applicata alla bobina per formare un elettromagnete che si sincronizza con il campo magnetico dei magneti permanenti nella traccia magnetica. La forza in un motore lineare è generata dall'intensità relativa di questi campi magnetici e dall'angolo del loro disallineamento intenzionale.

In un sistema di azionamento parallelo, tutte le bobine e le piste magnetiche diventano un unico motore quando tutti i loro campi magnetici sono perfettamente allineati. Tuttavia, qualsiasi disallineamento delle bobine o delle piste magnetiche causerà il disallineamento dei campi magnetici, producendo forze diverse in ciascun motore. Questa differenza di forza può, a sua volta, vincolare il sistema. Quindi l'errore sinusoidale è la differenza nelle forze prodotte dal disallineamento delle bobine o delle tracce magnetiche.

L'errore sinusoidale può essere calcolato con la seguente equazione:

F_dif=F_gen× peccato(2πD_dif/MP_nn)

DoveF_dif= differenza di forza tra le due bobine,F_gen= forza generata,D_dif= lunghezza del disallineamento eMP_nn= passo magnetico da nord a nord.

La maggior parte dei motori lineari sul mercato sono progettati con un passo magnetico da nord a nord compreso tra 25 e 60 mm con il pretesto di cercare di ridurre le perdite IR e la costante di tempo elettrica. Ad esempio, un disallineamento di appena 1 mm in un motore lineare con un diametro di 30 mmnnil passo produrrà una perdita di potenza di circa il 21%.

Il motore ad albero lineare compensa questa perdita utilizzando un passo magnetico da nord a nord molto più lungo che riduce l'effetto dell'errore sinusoidale causato da un disallineamento accidentale. Lo stesso disallineamento di 1 mm in un motore ad albero lineare con passo nn di 90 mm produrrà solo una perdita di potenza del 7%.

Sistemi di azionamento parallelo
Un posizionamento veramente accurato è possibile per robot monoasse ad alta e altissima precisione solo quando il feedback è direttamente nel baricentro del punto di lavoro. Anche la generazione di forza dal motore dovrebbe concentrarsi proprio nel centro della massa del punto di lavoro. Tuttavia, in genere è impossibile avere il motore e il feedback nella stessa identica posizione!

Mettendo un encoder nel centro di massa e utilizzando motori ad albero lineare parallelo equidistanti dal centro di massa si ottiene il feedback e la generazione di forza desiderati nel centro di massa. Ciò non è possibile per altri tipi di sistemi di azionamento parallelo che necessitano di due set di encoder e servoazionamenti per creare questo tipo di azionamento parallelo.

L'unità singola/encoder singolo funziona meglio negli usi ad altissima precisione e offre ai costruttori di sistemi a portale un enorme vantaggio. In passato, i sistemi potevano avere due motori diversi che azionavano viti a ricircolo di sfere separate utilizzando due controller diversi collegati elettronicamente, o anche due motori lineari con due encoder collegati elettronicamente a due azionamenti. Ora le stesse azioni possono provenire da due motori ad albero lineare, un encoder e un amplificatore/driver, purché la rigidità del sistema sia sufficientemente elevata.

Questo è anche un vantaggio per le applicazioni che richiedono quantità di forza estremamente elevate. È possibile collegare in parallelo un numero qualsiasi di motori ad albero lineare, sommando così le loro forze.